南邮ARM嵌入式期末复习

1.嵌入式系统定义：嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗等严格要求的专用计算机系统。

2.嵌入式系统的组成结构，层次关系、硬件：

[书]硬件层中包含嵌入式微处理器、存储器、通用设备接口和 I/O接口。

[课件]硬件层由嵌入式微处理器、存储系统、通信模块、人机接口、其它I/O 接口（A/D、D/A、通用I/O 等）以及电源等组成。

3.嵌入式处理器的分类，有哪些典型的嵌入式处理器：

嵌入式处理器的分类：嵌入式微处理器，嵌入式微控制器，嵌入式 DSP处理器，SoC片上系统。典型的嵌入式处理器有：Am186/88，386EX，SC-400，Power PC，68000，MIPS，ARM/StrongARM 4. ARM处理器模式、内核版本（TDMI）、工作状态、寄存器组织、CPSR、SPSR

1）ARM微处理器支持 7种运行模式。

①用户模式（usr）：ARM处理器正常的程序执行状态。

②快速中断模式（fiq）：用于高速数据传输或通道处理。

③外部中断模式（irq）：用于通用的中断处理。

④管理模式（svc）：操作系统使用的保护模式。

⑤数据访问终止模式（abt）：当据或指令预取终止时进入该模式，可用于虚拟存储及存储保护

⑥系统模式（sys）：运行具有特权的操作系统任务。

⑦未定义指令中止模式（und）：当未定义的指令执行时进入该模式，可用于支持硬件协处理器的软件仿真。

2）T—支持 16位的 Thumb指令集。

D—支持 JTAG片上调试。M—支持用于长乘法操作（64位结果）的 ARM指令，包含快速乘法器。I—带有嵌入式追踪宏单元ETM（Embedded Trace Macro），用来设置断点和观察点的调试硬件。3）工作状态：

①ARM状态（32位，执行字对齐的 32位 ARM指令）：当操作数寄存器的状态位【0】为 0时，执行 BX指令进入此状态，当 ARM处理器进行异常处理时，如果把 PC指针放入异常模式链接寄存器中，则程序从异常向量地址开始执行，也可以使处理器进入 ARM状态。

②Thumb状态（16位，执行半字对齐的 16位 Thumb指令）：当操作数寄存器的状态位【0】为 1时，执行BX指令进入此状态，如果 ARM处理器在 Thumb状态进入异常，则异常处理返回时，自动切换到此模式。

⑤程序计数器 PC（R15）寄存器 R15用作程序计数器（PC）。在 ARM状态下，位[1:0]为0，位[31:2]用于保存 PC；在 Thumb状态下，位[0]为0，位[31:1]用于保存PC。在 ARM状态下，PC 的 0和 1位是0，在 Thumb状态下，PC的 0位是 0。

⑥寄存器 R16用作当前程序状态寄存器（CPSR）它包括条件标志位、中断禁止位、当前处理器模式标志位，以及其他一些相关的控制和状态位。每一种运行模式下又都有一个专用的物理状态寄存器，称为备份的程序状态寄存器（SPSR），当异常发生时，SPSR用于保存 CPSR的当前值，当异常退出时则由 SPSR来恢复CPSR。

5.异常的处理

1）异常类型：

复位：当处理器的复位电平有效时产生复位异常，程序跳转到到复位异常处理程序处执行

未定义指令：当ARM处理器遇到不能处理的指令时产生未定义指令异常可使用该机制进行软件软件中断：该异常由执行SWI指令产生，可用于用户模式下程序调用特权操作指令。

指令预取中止：若处理器预取指令地址不存在，或该地址不允许当前指令访问，存储器会向处理器发出中止信号，但当预取指令被执行时，才会产生指令预取中止异常

数据中止：若处理器数据访问指令的地址不存在或该地址不允许当前指令访问时产生中止异常IRQ(外部中断请求)：当处理的外部中断请求引脚有效，且CPSR中的I位为0时，产生IRQ异常。系统的外设可通过该异常请求中断服务

FIQ（快速中断请求）：当处理器的快速中断请求引脚有效，CPSR中的F为0时，产生FIQ异常

2）处理流程：当一个异常出现以后，ARM微处理器会执行以下几步操作。

①将下一条指令的地址存入相应连接寄存器 LR，以便程序在处理异常返回时能从正确的位置重新开始执行。若异常是从 ARM状态进入，LR寄存器中保存的是下一条指令的地址；若异常是从 Thumb状态进入，则在 LR寄存器中保存当前 PC的偏移量。在软件中断异常SWI，指令 MOV PC，R14_svc总是返回到下一条指令，不管 SWI是在 ARM状态执行，还是在 Thumb状态执行。

②将 CPSR复制到相应的 SPSR中。

③根据异常类型，强制设置 CPSR的运行模式位。

④强制 PC从相关的异常向量地址取下一条指令执行，从而跳转到相应的异常处理程序处。还可以设置中断禁止位，以禁止中断发生。如果异常发生时，处理器处于 Thumb状态，则当异常向量地址加载入 PC时，处理器自动切换到 ARM状态。

⑤异常处理完毕之后，ARM微处理器会执行以下几步操作从异常返回：

将连接寄存器LR的值减去相应的偏移量后送到PC中；

将 SPSR复制回 CPSR中；

若在进入异常处理时设置了中断禁止位，要在此清除。

可以认为应用程序总是从复位异常处理程序开始执行的，因此，复位异常处理程序不需要返回。

6. ARM两种指令系统（切换指令）、指令寻址方式

两种指令系统：ARM指令和 Thumb指令1）立即寻址2）寄存器寻址3）寄存器间接寻址4）基址变址寻址5）多寄存器寻址6）寄存器移位寻址7）相对寻址8)堆栈寻址

7.流水线技术及问题（P26第二段，不能多级同时占用同一硬件）

不论是三级流水线还五级流水线，当出现多周期指令，跳转分支指令和中断发生的时候，流水线都会发生阻塞，而且相邻指令之间也可能因为寄存器冲突导致流水线阻塞（流水线正常工作的条件是在任意时刻、每一级所使用的硬件必须能独立操作，不能多级同时占用同一硬件资源）9.伪指令（概念）：伪指令是 ARM处理器支持的汇编语言程序里的特殊助记符，它不在处理器运行期间由机器执行，只是在汇编时将被合适的机器指令代替成 ARM或 Thumb指令，从而实现真正的指令操作。

11.硬件系统（P77第一段的介绍）

嵌入式系统的硬件平台除了嵌入式处理器外，还包括存储器系统、外围接口部件以及连接各种设备的总线系统。其中，存储器是嵌入式系统存放数据和程序的功能部件，操作系统和应用程序都可以固化在 ROM或 flash中，而外围设备决定了应用于不同领域的嵌入式系统的独特功能。目前，嵌入式系统中常用的通用设备接口有A/D、D/A、I/O接口有 RS-232接口、LCD、键盘接口、Ethernet、USB、音频接口、VGA视频输出接口、I 2C(现场总线)、SPI(串行外围设备接口)、IrDA(红外线接口)等。

12.存储系统的分级结构存储系统分为四级，即寄存器组、高速缓存、内存和外存。它们在存取速度上依次递减，而在存储容量上逐级递增。

B构成、传输方式，总线

1）硬件结构：USB系统采用级联星型拓扑，由三个基本部分组成：主机、集线器、功能设备。主机包括 USB总线接口、USB设备层和功能层三层结构。

2）软件构成：USB总线接口，USB系统，USB客户软件。

3）数据和控制信号在主机和 USB设备之间的交换存在两种通道：单向和双向。对任何给定的设备进行设置时，一个通道上的数据传输只能支持下列四种 USB数据传输方式中的一种，即同步（isochronous）、控制（control）、中断（interrupt）和批量（bulk）。

4）USB总线是基于令牌的总线，类似于令牌环网络。

14.总线四周期握手协议

总线握手的作用是控制每个总线周期中数据传送的开始和结束，从而实现两个设备间协调和配合，保证数据传送的可靠性。握手使用两根用来进行握手的电线enq（表示查询）和ack（表示应答）。在握手期间，使用专用的电线来传输数据。数据握手线必须以某种方式用信号的电压变化来表明整个总线传输周期的开始和结束，以及在整个周期内每个子周期的开始和结束。